組織特異性生長(zhǎng)激素受體如何影響腸道菌群？膽汁酸代謝是關(guān)鍵！

生長(zhǎng)激素在調(diào)節(jié)生長(zhǎng)、代謝、免疫、體內(nèi)平衡過(guò)程和衰老方面具有深遠(yuǎn)的影響，它通過(guò)直接結(jié)合其膜受體(GHR)而起作用，GHR激活多個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)，并與胰島素樣生長(zhǎng)因子1 (IGF1)協(xié)同或獨(dú)立發(fā)揮多效作用，GH信號(hào)的受損被認(rèn)為是導(dǎo)致許多代謝疾病的原因。肝臟和脂肪都是生長(zhǎng)激素（GH）的靶點(diǎn)。此前多項(xiàng)研究揭示了腸-肝軸、腸-肌肉軸、腸-脂肪軸等在宿主代謝調(diào)控中的作用，但組織特異性生長(zhǎng)激素信號(hào)對(duì)腸道菌群的影響尚不清楚。

2023年6月，山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院吳英杰教授與團(tuán)隊(duì)在Gut microbes (IF=12.2)期刊發(fā)表題為“Deletion of hepatic growth hormone receptor (GHR) alters the mouse gut microbiota by affecting bile acid metabolism”的研究論文，作者利用脂肪組織和肝臟中特異性敲除GHR的小鼠，證明了組織特異性GH信號(hào)對(duì)腸道菌群的影響以及肝臟GHR在調(diào)節(jié)膽汁酸代謝中的作用，揭示了肝臟GHR通過(guò)膽汁酸代謝調(diào)節(jié)腸道菌群的機(jī)制以及腸道菌群改變潛在的反饋?zhàn)饔谩?strong>（麥特繪譜提供Q300全定量代謝組、膽汁酸譜、LC-MS短鏈脂肪酸譜檢測(cè)分析）

Ghr缺失影響腸道菌群

分析肝臟中敲除GHR（LKO）和脂肪組織中敲除GHR（AKO）小鼠及GHRflox/flox（LL）小鼠腸道菌群，發(fā)現(xiàn)肝臟（而不是脂肪組織）中GHR的缺失會(huì)影響腸道菌群，其中擬桿菌門和厚壁菌門，以及乳桿菌科、Muribaculaceae、Parasutterella等幾個(gè)屬的豐度發(fā)生顯著改變，而α-多樣性未受影響。

代謝表型方面，LKO小鼠的肝臟較重，AKO小鼠棕色和白色脂肪組織較重，盡管兩者體重?zé)o差異；AKO小鼠脂肪細(xì)胞擴(kuò)大，LKO小鼠肝臟脂肪變性明顯增加；與LL小鼠相比，LKO小鼠的胰島素耐量試驗(yàn)(ITT)明顯受損，而AKO小鼠的胰島素耐量試驗(yàn)(ITT)改善。相關(guān)性分析表明LKO小鼠腸道菌群的變化與其代謝表型受損相關(guān)。

圖1. 腸道菌群結(jié)構(gòu)分析

肝臟膽汁酸代謝分析

對(duì)小鼠脂肪組織與肝臟組織進(jìn)行靶向定量代謝組學(xué)分析，利用WGCNA鑒定代謝模塊聚類，探索細(xì)菌門與代謝物的相關(guān)性。對(duì)于肝臟，如圖2所示，藍(lán)色模塊與擬桿菌門和厚壁菌門的相關(guān)性最顯著且最強(qiáng)；將近一半的膽汁酸聚集在藍(lán)色模塊，大多數(shù)與擬桿菌門和厚壁菌門的變化高度相關(guān)。這些結(jié)果表明，肝臟膽汁酸與腸道細(xì)菌群落的變化有關(guān)。

圖2. WGCNA分析腸道細(xì)菌與肝臟代謝物的相關(guān)性

肝臟中檢出的19種膽汁酸，LKO組總膽酸含量顯著高于LL和AKO組，一些結(jié)合型膽汁酸顯著富集；此外，LKO小鼠肝臟和血清中均顯著富集12-OH膽汁酸，且12-OH膽汁酸/非12-OH膽汁酸比值明顯增加，而血清中CYP7A1活性指標(biāo)7α-羥基-4-膽甾烯- 3-酮(C4)含量無(wú)明顯變化。

圖3. 膽汁酸譜分析

進(jìn)一步分析膽汁酸代謝相關(guān)基因的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)LKO小鼠肝臟中決定12-OH膽汁酸/非12-OH膽汁酸比值的Cyp8b1顯著上調(diào)，與其比值升高的結(jié)果一致。而編碼膽汁酸合成限速酶的Cyp7a1的表達(dá)量沒(méi)有變化，這與血清C4含量一致。這些結(jié)果表明，LKO小鼠高水平膽汁酸在歸因于上調(diào)的Cyp8b1。進(jìn)一步通過(guò)小鼠及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，肝臟GH信號(hào)直接調(diào)節(jié)Cyp8b1而不依賴于FXR。

肝臟Ghr缺失影響腸道膽汁酸譜

LL小鼠和LKO小鼠盲腸內(nèi)容物膽汁酸譜分析顯示，其膽汁酸池均以非結(jié)合膽汁酸為主，如DCA、ωMCA、βMCA、αMCA和LCA，這些膽汁酸的含量在LKO組均有所增加，導(dǎo)致總膽汁酸含量顯著增加；此外，LKO組初級(jí)膽汁酸含量顯著升高，次級(jí)膽汁酸和結(jié)合型膽汁酸含量顯著降低；膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因，如Iba、Ostb和Ibabp在盲腸中表達(dá)水平顯著下調(diào)，Fxr及其下游Fgf15的表達(dá)水平降低。并且腸道菌群中幾個(gè)屬與盲腸內(nèi)容物中膽汁酸的變化具有顯著相關(guān)性。

圖4. 盲腸內(nèi)容物膽汁酸譜的變化及其與腸道菌群相關(guān)性

肝臟Ghr缺失對(duì)微生物群功能的影響

接下來(lái)分析膽汁酸代謝相關(guān)通路的豐度，發(fā)現(xiàn)LKO組中參與初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸的微生物7α-羥基類固醇脫氫酶(7α- HSDH)基因豐度顯著低于LL組，參與結(jié)合型膽汁酸去結(jié)合的微生物膽鹽水解酶(BSH)基因的豐度表現(xiàn)升高的趨勢(shì)。另外，與短鏈脂肪酸產(chǎn)生相關(guān)的幾個(gè)通路在LKO中顯著下調(diào)。隨后對(duì)盲腸內(nèi)容物短鏈脂肪酸譜進(jìn)行分析顯示，LKO組乙酸、丙酸和異己酸含量顯著升高，己酸含量顯著降低。

圖5. 盲腸內(nèi)容物短鏈脂肪酸分析結(jié)果

此外，另一種與脂肪肝密切相關(guān)的菌群代謝物苯乙酸（PAA）在LKO小鼠中明顯升高。PAA是由細(xì)菌發(fā)酵苯丙氨酸(Phe)產(chǎn)生的，經(jīng)由苯丙酮酸(PPA)被PorA代謝而成，并后續(xù)被PaaK、PaaABC和PaaG等酶或酶亞基降解�；�于Tax4Fun2預(yù)測(cè)分析腸道菌群中PAA代謝相關(guān)基因的豐度顯示，LL組和LKO組均含有豐富的porA和paaK，但LL組中paaK的豐度相對(duì)高于porA，說(shuō)明LL組腸道菌群對(duì)PAA的降解能力更強(qiáng)。

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圖6. LL小鼠和LKO小鼠的PAA代謝

小結(jié)

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)了肝臟GHR通過(guò)CYP8B1調(diào)節(jié)膽汁酸酸代謝影響腸道菌群的作用，并且改變的腸道菌群反過(guò)來(lái)影響其代謝物，這些代謝物可能有導(dǎo)致胰島素抵抗和肝GHR缺失引起的肝脂質(zhì)積累。本研究提供了肝臟GH信號(hào)驅(qū)動(dòng)的腸道菌群失調(diào)的代謝基礎(chǔ)，對(duì)于探索組織特異性GH信號(hào)對(duì)腸道菌群的修飾作用及其參與腸道菌群-宿主相互作用具有重要意義。

文章信息

Yu Z, et al. Deletion of hepatic growth hormone receptor (GHR) alters the mouse gut microbiota by affecting bile acid metabolism. Gut Microbes. 2023.

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繪譜幫你測(cè)

上述研究涉及的多類型樣本的靶向定量代謝組檢測(cè)分析均由麥特繪譜提供。膽汁酸和短鏈脂肪酸均與腸道菌群密切相關(guān)，大量研究證實(shí)它們參與機(jī)體多種重要的生理生化過(guò)程，并在不同疾病的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵調(diào)控作用。針對(duì)膽汁酸譜，麥特繪譜擁有兩套絕對(duì)定量檢測(cè)方法：膽汁酸簡(jiǎn)譜和65+種膽汁酸全譜；基于LC-MS平臺(tái)麥特繪譜可檢測(cè)15種短鏈脂肪酸。目前已協(xié)助客戶發(fā)表300+篇SCI文章，包括Science, Cell Metabolism, Immunity, Gut, Signal Transduction and Targeted Therapy, Science Translational Medicine等頂級(jí)期刊。